小電流接地系統(tǒng)電壓不平衡的分析及處理

鐘永城 彭 嬌（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

小電流接地系統(tǒng)電壓不平衡的分析及處理

鐘永城 彭 嬌
（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

摘 要：小電流接地系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生單相接地、缺相運(yùn)行及其它異常時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三相電壓不平衡的情況，本文通過(guò)分析電壓不平衡的現(xiàn)象和原因，判斷故障性質(zhì)，及時(shí)處理故障，避免事故擴(kuò)大。

關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng)；電壓不平衡；分析

1 概述

中低壓電網(wǎng)（3kV~66kV電力系統(tǒng)）大多數(shù)都采用中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)。在小電流接地系統(tǒng)中，系統(tǒng)的絕緣按線(xiàn)電壓設(shè)計(jì)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，仍可帶接地故障持續(xù)運(yùn)行1~2h，但不平衡電壓會(huì)威脅設(shè)備和人身安全，應(yīng)盡快處理。系統(tǒng)出現(xiàn)電壓不平衡時(shí)，值班調(diào)度員不能一概認(rèn)為是系統(tǒng)一次接地故障，要從電壓異?，F(xiàn)象中正確分析并判斷故障形式，迅速排除故障，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此，值班調(diào)度員必須熟練掌握幾種電壓不平衡的原因，正確分析并判斷故障。

2 常見(jiàn)電壓不平衡的分析

在小電流接地系統(tǒng)中，引起電壓不平衡的原因主要有以下幾種情況：

（1）接地故障。

（2）運(yùn)行中的電壓互感器熔斷器熔斷。

（3）缺相運(yùn)行故障。

（4）系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振。

2.1 接地故障

小電流接地系統(tǒng)中，多數(shù)接地故障為單相接地。發(fā)生單相不完全接地時(shí)，接地相電壓降低，另兩相電壓在一定范圍內(nèi)會(huì)升高；發(fā)生金屬性接地時(shí)，接地相電壓降為零，另兩相電壓升高為線(xiàn)電壓。若B相發(fā)生單相接地故障，其對(duì)應(yīng)電壓向量圖如圖1所示。

圖1 B相接地故障時(shí)電壓向量圖

從圖1可知，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓分別為各相線(xiàn)對(duì)中性線(xiàn)（點(diǎn)）電壓，即AO、BO、CO。當(dāng)該系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)（圖1為B相接地），中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移。Od為中性點(diǎn)對(duì)地電壓，其大小和方向沿著弧線(xiàn)移動(dòng)，Ad、Bd、Cd為各相線(xiàn)對(duì)地電壓。

當(dāng)B相不完全接地時(shí)，故障相電壓降低，中性點(diǎn)電壓偏移但不到相電壓，非故障相電壓不確定，圖中非故障相A相對(duì)地電壓Ad在相電壓AO與線(xiàn)電壓AB之間變化，總是大于相電壓，有時(shí)大于線(xiàn)電壓。非故障相C相對(duì)地電壓Cd在相電壓CB之間變化，有時(shí)小于相電壓，多數(shù)情況下大于相電壓但達(dá)不CO與線(xiàn)電壓到線(xiàn)電壓。因而接地相電壓在一定范圍內(nèi)并不是最小的，不能以電壓最小判定為接地相，發(fā)生單相不完全接地故障，調(diào)度員可以以正相序（A→B→C）為基準(zhǔn)，判斷相對(duì)地電壓最大的下一相為接地相，由圖1可知，A相對(duì)地電壓總是最大，故可判斷B相為接地相。

當(dāng)B相為完全接地時(shí)，圖1中d點(diǎn)與B點(diǎn)重合，中性點(diǎn)對(duì)地電壓Od達(dá)到相電壓，方向與BO相反，接地相B相對(duì)地電壓Bd為零，非接地相A相與C相電壓達(dá)到線(xiàn)電壓。

2.2 電壓互感器熔斷器熔斷

2.2.1 高壓熔斷器熔斷

高壓熔斷器一相熔斷時(shí)，熔斷相二次對(duì)地電壓減小，其余相電壓正常，與熔斷相相關(guān)的線(xiàn)電壓會(huì)減小。高壓熔斷器熔斷，一次側(cè)電壓不平衡，因而開(kāi)口三角有零序電壓，發(fā)出“母線(xiàn)接地”信號(hào)，且該零序電壓3U0等于相電壓，若A相熔斷時(shí)，其電壓向量圖如圖2所示。

圖2 高壓熔斷器A相熔斷時(shí)電壓向量圖

當(dāng)其中兩相高壓熔斷器熔斷時(shí)，這兩相熔斷相相電壓很小，未熔斷相相電壓正常，熔斷相兩相之間的線(xiàn)電壓為零，其余線(xiàn)電壓減小但不為零，一次側(cè)的電壓不平衡，開(kāi)口三角有零序電壓，發(fā)出“母線(xiàn)接地”信號(hào)。若A、B兩相高壓熔斷器熔斷，其電壓向量圖如圖3所示。

圖3 高壓熔斷器A、B兩相熔斷時(shí)電壓向量圖

2.2.2 低壓熔斷器熔斷

當(dāng)電壓互感器低壓熔斷器一相熔斷時(shí)，熔斷相電壓為零，非故障相相電壓正常，開(kāi)口三角沒(méi)有零序電壓，不發(fā)“母線(xiàn)接地”信號(hào)，這是區(qū)分高壓熔斷器熔斷與低壓熔斷器熔斷的關(guān)鍵依據(jù)。電壓互感器低壓熔斷器兩相熔斷時(shí)也是熔斷相為零，非故障相相電壓正常。

2.3 缺相運(yùn)行故障

小電流接地系統(tǒng)發(fā)生一相或兩相斷線(xiàn)，使系統(tǒng)缺相運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三相電壓不平衡。缺相運(yùn)行使中性點(diǎn)位移，斷線(xiàn)相電壓升高，非斷線(xiàn)相電壓降低，接地保護(hù)裝置可能發(fā)出接地信號(hào)。值班調(diào)度員可以通過(guò)監(jiān)測(cè)負(fù)荷側(cè)及電源側(cè)變電站的電壓進(jìn)行判斷，若負(fù)荷側(cè)變電站母線(xiàn)電壓異常，電源側(cè)電壓正常，則是線(xiàn)路斷相。

2.4 系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振

鐵磁諧振引起電壓不平衡常有基波和分頻諧振兩種?；ㄖC振時(shí)一相對(duì)地電壓減小，另兩相增大，或者一相對(duì)地電壓增大，另兩相減??；分頻諧振時(shí)三相對(duì)地電壓同時(shí)增大或依次增大。在對(duì)只帶有電壓互感器的空載母線(xiàn)合閘充電時(shí)容易發(fā)生基波諧振，單相接地時(shí)易產(chǎn)生分頻諧振。發(fā)生諧振時(shí)，一般采取拉分段開(kāi)關(guān)或空載線(xiàn)路、改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等方法破壞諧振條件，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3 典型案例及處理

某110kV變電站10kV母線(xiàn)為單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，有12條出線(xiàn)間隔，2臺(tái)站用變間隔，2臺(tái)接地變間隔，2臺(tái)電容器間隔及2臺(tái)電壓互感器間隔，正常運(yùn)行時(shí)分段501開(kāi)關(guān)在合位。

故障現(xiàn)象：某日，雷雨天氣，調(diào)度后臺(tái)警鈴響，發(fā)出 “10kV Ⅰ段母線(xiàn)接地、10kV Ⅱ段母線(xiàn)接地”故障信號(hào)，同時(shí)監(jiān)控機(jī)顯示該變電站10kV Ⅰ段母線(xiàn)三相電壓為Ua=10.6kV，Ub=0kV，Uc=10.6kV；10kV Ⅱ段母線(xiàn)三相電壓為Ua=10.6kV，Ub=7.7kV，Uc=8.2kV。處理過(guò)程如下：

（1）調(diào)度員處理時(shí)，首先拉開(kāi)分段501開(kāi)關(guān)，這時(shí)故障現(xiàn)象變?yōu)?0kV Ⅰ段母線(xiàn)三相電壓為Ua=5.6kV，Ub=5.7kV，Uc=5.6kV；10kV Ⅱ段母線(xiàn)電壓為Ua=10.6kV，Ub=1.7kV，Uc=1.2kV，后臺(tái)發(fā)“10kV Ⅱ段母線(xiàn)接地”故障信號(hào)。這表明Ⅰ段母線(xiàn)電壓恢復(fù)正常，Ⅱ段母線(xiàn)電壓未恢復(fù)，同時(shí)由于拉開(kāi)分段開(kāi)關(guān)故障仍存在，排除系統(tǒng)鐵磁諧振故障。另外，拉開(kāi)分段開(kāi)關(guān)后10kV Ⅱ段母線(xiàn)B、C相電壓降低，A相升高至線(xiàn)電壓，與缺相運(yùn)行現(xiàn)象類(lèi)似，但是后臺(tái)并沒(méi)有斷線(xiàn)后電流變化的信號(hào)，因而也可排除缺相運(yùn)行故障。此時(shí)，系統(tǒng)可能既存在高壓熔斷器熔斷故障也存在單相接地故障。

（2）檢查高壓熔斷器?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)10kV Ⅱ段母線(xiàn)電壓互感器B、C相高壓熔斷器熔斷，更換熔斷器后故障現(xiàn)象變成10kV Ⅱ段母線(xiàn)三相電壓為Ua=10.6kV，Ub=1.7kV，Uc=8.7kV，后臺(tái)發(fā)“10kV Ⅱ段母線(xiàn)接地”故障信號(hào)。這種故障現(xiàn)象是典型的單相不完全接地故障，通過(guò)以正相序?yàn)榛鶞?zhǔn)，可以判定系統(tǒng)B相不完全接地。

（3）試?yán)?0kV Ⅱ段母線(xiàn)饋線(xiàn)。拉路順序一般為：①充電備用線(xiàn)路；②故障率高的線(xiàn)路或線(xiàn)路長(zhǎng)、分支多、負(fù)荷小、非重要用戶(hù)線(xiàn)路；③分支少、線(xiàn)路短、負(fù)荷大較重要用戶(hù)線(xiàn)路。通過(guò)試?yán)?0kV 城市甲706線(xiàn)路時(shí)，接地信號(hào)消失，10kV Ⅱ段母線(xiàn)電壓為Ua=5.6kV， Ub=5.7kV，Uc=5.6kV。至此，判定10kVⅡ段母線(xiàn)10kV 城市甲706線(xiàn)路B相不完全接地故障。

結(jié)語(yǔ)

調(diào)度員在處理小電流接地系統(tǒng)電壓不平衡故障時(shí)，不能簡(jiǎn)單就判定為系統(tǒng)發(fā)生接地故障，應(yīng)該收集全部現(xiàn)象并進(jìn)行綜合分析。對(duì)小電流接地系統(tǒng)中最常見(jiàn)的單相接地故障、高低壓熔斷器熔斷、缺相運(yùn)行及鐵磁諧振一一進(jìn)行分析比較，判別接地信號(hào)真?zhèn)危龅綔?zhǔn)確迅速的判斷及處理，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。

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參考文獻(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM71

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：鐘永城（1988-）男，本科，工學(xué)學(xué)士，電氣助理工程師，從事調(diào)度管理工作。